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EP0296423A2 - Device for fixing specimens for testing machines - Google Patents

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Publication number
EP0296423A2
EP0296423A2 EP88109269A EP88109269A EP0296423A2 EP 0296423 A2 EP0296423 A2 EP 0296423A2 EP 88109269 A EP88109269 A EP 88109269A EP 88109269 A EP88109269 A EP 88109269A EP 0296423 A2 EP0296423 A2 EP 0296423A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
clamping
clamping device
light source
clamping head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP88109269A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0296423B1 (en
EP0296423A3 (en
Inventor
Peter Gernhart
Gerhard Hintz
Günter Keller
Andreas Pohl
Ralf Jatho
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Schenck AG
Original Assignee
Carl Schenck AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE3720303A external-priority patent/DE3720303C2/en
Priority claimed from DE3740227A external-priority patent/DE3740227C2/en
Application filed by Carl Schenck AG filed Critical Carl Schenck AG
Publication of EP0296423A2 publication Critical patent/EP0296423A2/en
Publication of EP0296423A3 publication Critical patent/EP0296423A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0296423B1 publication Critical patent/EP0296423B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G01N2203/0623—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means using piezoelectric gauges

Definitions

  • the invention relates to a sample clamping device for testing machines, in particular for rapid tensile tests, with a clamping head and a force measuring device arranged on the clamping head, which is connected to a fixed or movable part of the testing machine.
  • a force measuring device In testing machines, it is known to arrange a force measuring device on a clamping head for the sample (DE-PS 1 773 642).
  • the force measuring device is usually attached to a cross-yoke or to a cross-beam of the testing machine and in turn connected to a clamping head.
  • This task is indicated by the in the claims resolved characteristics.
  • the claims also relate to embodiments of the invention.
  • a light force measuring device integrated in the clamping device of a testing machine with a displacement measuring device in which a light beam reflected from a mirror surface arranged on the clamping head is directed either directly or via at least one further mirror surface to a position detector with downstream evaluation electronics, in particular in the case of fast test sequences achieve significantly improved measurement results both in force measurement and in displacement measurement or deformation measurement.
  • the design according to the invention is particularly suitable. Due to the special design of the base plate, which is part of the clamping head on the one hand and part of the force transducer on the other hand, considerable masses are saved compared to previously known solutions and a substantial increase in the natural frequency of the clamping device is achieved.
  • a particularly simple and nevertheless precise positioning is provided in an embodiment in which the beam direction of the light source is selected such that the beam runs in a plane running at right angles to the mirror surfaces and essentially at right angles to the longitudinal axis or power transmission axis, the two mirror surfaces being below are arranged at an angle of 45 ° to the longitudinal axis or power transmission axis.
  • the crossbar 1 of the testing machine is indicated schematically.
  • the z. B. can be designed as a piezoelectric measuring ring, clamped with the aid of a base plate 3.
  • the bracing of the force transducer 2 is selected so that both compressive forces and tensile forces can be transmitted to the clamping device.
  • the bracing can e.g. B. via a centrally located clamping screw 3 '.
  • the base plate 3 is on its underside to accommodate the Force transducer 2 adapted and thus part of the transducer.
  • the base plate 3 On its upper side, the base plate 3 carries the actual clamping or clamping device for receiving a sample 4.
  • the clamping or clamping of the sample 4 takes place by means of the wedge or clamping jaws 5, which are actuated via the clamping yoke 6 with the aid of the screws 7.
  • the wedge-shaped clamping jaws are pressed against each other by the clamping yoke 6, which is also provided with wedge surfaces, and thereby clamp the sample 4 firmly.
  • a mirror surface 8 is arranged, which is used for measuring the distance on the clamping device.
  • a light beam 10 generated by a light source 9, in particular a laser light source, is directed onto the mirror surface 8 and from here onto a position detector 11.
  • the detector is designed as a photo-electric position detector, which makes it possible to exactly detect the position of a light spot on the detector.
  • the position detector converts light points into position-dependent photocurrents, which are evaluated in an electronic evaluation device 12 as position-proportional voltages. Movements of the mirror surface 8 produce a moving point of light, the respective position of which is detected and evaluated.
  • the movements of the light point represent a measure of the movements of the mirror surface and thus also of movements on the sample.
  • the arrangement enables precise path measurements to be carried out with fast test sequences.
  • the sample 4 to be examined flat sample, Round specimen
  • the clamping heads have clamping jaws 5 and 5 'for clamping the sample 4.
  • a deformation of the specimen 4 occurs, which is determined optically.
  • one of the clamping heads is designed like the clamping head with force measuring device 2 according to FIG. 1.
  • the light beam 10 of a point light source 9 is directed onto a mirror surface of the upper clamping head in FIG. 1, in the example onto the mirror surface 8 'of the clamping jaw 5'.
  • the mirror surface can be formed on the jaw and by appropriate processing such. B. grinding and polishing. However, it can also be a separate mirror element on the jaw by z. B. be attached.
  • the light beam 10 is deflected and runs parallel to the longitudinal axis XX of the sample 4 or the power transmission axis in the direction of the clamping jaw 5 of the lower clamping head.
  • the light beam 10 strikes the mirror surface 8 on the clamping jaw 5 of this clamping head and is deflected there in the direction of the position detector 11.
  • the upper clamping head assigned to the light source 9 can be provided as a fixed clamping head when the sample 4 is deformed or as a correspondingly moving clamping head when the sample 4 is deformed; in the first case the lower clamping head then moves in accordance with the sample deformation, in the second case the lower clamping head is fixed.
  • the upper clamping head which is fixed in the example shown when a sample is deformed, and the light source 9 can advantageously be arranged on the crossbar of a testing machine.
  • the light source 9 can be connected to the clamping head.
  • the direction of the beam 10 emerging from the light source 9 runs orthogonally to the direction defined by the longitudinal axis X-X of the sample 4 or the force transmission axis.
  • the mirror surfaces of the two mirrors which are designed as mirror planes in the exemplary embodiment, face one another at 45 ° to the longitudinal axis and are arranged parallel to one another.
  • the sections of the light beam 10 between the light source 9 and mirror surface 8 ', between the two mirror surfaces 8' and 8 and between the mirror surface 8 and the position detector 11 are all in a common plane to which the mirror planes are arranged orthogonally.
  • the light source 9 lies on one side of the longitudinal axis X-X, while the position detector 11 is arranged on the other side of the longitudinal axis X-X.
  • the sample clamping device according to the invention in particular in the embodiment according to FIG. 2, is particularly suitable for measuring the sample deformation and / or rate of deformation in high-speed tearing machines. With such machines, the measurement directly on the sample is extremely complex. With the sample clamping device according to the invention, the deformation introduced into the sample and the rate of deformation during test sequences can be determined at high speeds. With the arrangement, static and / or dynamic deformations due to tensile or compressive forces as well as deformations due to torques and bending moments can be detected, the deformations being able to be in the micrometer range. Crack widening can also be measured.
  • the position detector 11 can be designed as a uniaxial or biaxial detector, i. H. it can detect light point shifts in one or two axes. Deformations or distances in the micrometer range can be measured.

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Abstract

The fixture, which has a gripping head and a dynamometer arranged thereupon, is intended to make it possible, particularly in the case of rapid tensile tests, to carry out measurements of force and displacement with the aid of simple means. This is achieved when the gripping head has a baseplate (3) for the gripping elements, one side of the baseplate (3) is designed to receive the gripping elements and the other side is designed for mounting the dynamometer (2), the dynamometer (2) is clamped with the baseplate against a transverse beam (1), and there is arranged on the baseplate (3) or on other suitable surfaces of the gripping head a reflecting surface (8) over which a light beam (10) generated by a light source (9) is directed for the purpose of deformation measurement onto a position detector (11) which is connected to evaluation electronics (12). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Probeneinspannvorrichtung für Prüfmaschinen, insbesondere für Schnellzerreißver­suche, mit einem Einspannkopf und einer am Einspannkopf angeordneten Kraftmeßeinrichtung, die mit einem festen oder beweglichen Teil der Prüfmaschine verbunden ist.The invention relates to a sample clamping device for testing machines, in particular for rapid tensile tests, with a clamping head and a force measuring device arranged on the clamping head, which is connected to a fixed or movable part of the testing machine.

Bei Prüfmaschinen ist es bekannt, an einem Einspannkopf für die Probe eine Kraftmeßeinrichtung anzuordnen (DE-­PS 1 773 642). Die Kraftmeßeinrichtung ist meist an ei­nem Querjoch oder an einer Quertraverse der Prüfmaschi­ne befestigt und ihrerseits wieder mit einem Einspann­kopf verbunden.In testing machines, it is known to arrange a force measuring device on a clamping head for the sample (DE-PS 1 773 642). The force measuring device is usually attached to a cross-yoke or to a cross-beam of the testing machine and in turn connected to a clamping head.

Bei Prüfaufgaben mit sehr schnellen Abläufen, z. B. bei Schnellzerreißversuchen, war es bisher nicht möglich, den Kraftverlauf und den Wegverlauf über der Zeit mit einfachen Mitteln genügend genau zu erfassen. Bei der Kraftmessung führen die Teilmassen aus Spannzeug bzw. Einspannvorrichtung und Kraftaufnehmer zu niedrigen Ei­genfrequenzen, welche die Messung hochfrequenter Vor­gänge behindern oder unmöglich machen. Eine direkte Wegmessung in Probennähe war in solchen Fällen mit den bisher bekannten Methoden nicht möglich.For test tasks with very fast processes, e.g. B. in rapid tensile tests, it was previously not possible to grasp the force curve and the path curve over time with sufficient accuracy with simple means. When measuring force, the partial masses of the clamping device or clamping device and force transducer lead to low natural frequencies, which hinder or make impossible the measurement of high-frequency processes. In such cases it was not possible to measure the distance directly near the sample using the methods known to date.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Proben­einspannvorrichtung für Prüfmaschinen zu schaffen, wel­che die Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet und welche es erlaubt, insbesondere bei Schnellzerreißversuchen, gleichzeitig Kraft- und Weg­messungen mit einfachen Mitteln durchzuführen. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angege­ benen Merkmale gelöst. Die Patentansprüche beziehen sich auch auf Ausgestaltungen der Erfindung.It is an object of the present invention to provide a sample clamping device for testing machines which avoids the disadvantages of the known prior art and which allows force and displacement measurements to be carried out at the same time using simple means, particularly in the case of rapid tensile tests. This task is indicated by the in the claims resolved characteristics. The claims also relate to embodiments of the invention.

Durch die Kombination einer in die Einspannvorrichtung einer Prüfmaschine integrierten leichten Kraftmeßein­richtung mit einer Wegmeßeinrichtung, bei der ein von einer am Einspannkopf angeordneten Spiegelfläche re­flektierter Lichtstrahl entweder direkt oder über min­destens eine weitere Spiegelfläche auf einen Positions­detektor mit nachgeschalteter Auswerteelektronik gelei­tet wird, lassen sich insbesondere bei schnellen Prüf­abläufen erheblich verbesserte Meßergebnisse sowohl bei der Kraftmessung als auch bei der Wegmessung bzw. Ver­formungsmessung erzielen. Für Messungen bei Schwin­gungsbelastungen sowie Weg- und Geschwindigkeitsmessun­gen an extrem beschleunigten Proben oder Prüfkörpern, z. B. in Schnellzerreißmaschinen ist die erfindungsge­mäße Ausgestaltung besonders geeignet. Durch die beson­dere Gestaltung der Grundplatte, die einerseits Be­standteil des Einspannkopfes ist und andererseits einen Teil des Kraftaufnehmers darstellt, werden gegenüber bisher bekannten Lösungen erhebliche Massen eingespart und eine wesentliche Erhöhung der Eigenfrequenz der Einspannvorrichtung erreicht.The combination of a light force measuring device integrated in the clamping device of a testing machine with a displacement measuring device, in which a light beam reflected from a mirror surface arranged on the clamping head is directed either directly or via at least one further mirror surface to a position detector with downstream evaluation electronics, in particular in the case of fast test sequences achieve significantly improved measurement results both in force measurement and in displacement measurement or deformation measurement. For measurements with vibration loads as well as distance and speed measurements on extremely accelerated samples or test specimens, e.g. B. in rapid tear machines, the design according to the invention is particularly suitable. Due to the special design of the base plate, which is part of the clamping head on the one hand and part of the force transducer on the other hand, considerable masses are saved compared to previously known solutions and a substantial increase in the natural frequency of the clamping device is achieved.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3, bei der der Lichtstrahl über eine weitere Spiegelfläche auf den Po­sitionsdetektor gelenkt wird, ist es besonders vorteil­haft, daß beide Spiegelflächen die Absolutbewegungen der Maschine mitmachen, so daß diese Absolutbewegungen vollständig kompensiert werden. Die Positionierung von Lichtquelle, Spiegeln und Positionsdetektoren ist we­sentlich vereinfacht. Durch die vereinfachte Positio­nierung dieser Elemente ergibt sich eine Verringerung des zu Meßfehlern führenden Winkelversatzes.In the embodiment according to claim 3, in which the light beam is directed onto the position detector via a further mirror surface, it is particularly advantageous that both mirror surfaces participate in the absolute movements of the machine, so that these absolute movements are completely compensated for. The positioning of the light source, mirrors and position detectors is considerably simplified. The simplified positioning of these elements results in a reduction in the angular misalignment leading to measurement errors.

Eine besonders einfache und trotzdem genaue Positionie­rung ist bei einer Ausgestaltung gegeben, bei der die Strahlrichtung der Lichtquelle derart gewählt ist, daß der Strahl in einer rechtwinklig zu den Spiegelflächen verlaufenden Ebene und im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse bzw. Kraftübertragungsachse verläuft, wobei die beiden Spiegelflächen unter einem Winkel von 45° zur Längsachse bzw. Kraftübertragungsachse angeordnet sind.A particularly simple and nevertheless precise positioning is provided in an embodiment in which the beam direction of the light source is selected such that the beam runs in a plane running at right angles to the mirror surfaces and essentially at right angles to the longitudinal axis or power transmission axis, the two mirror surfaces being below are arranged at an angle of 45 ° to the longitudinal axis or power transmission axis.

Insbesondere bei schnell beschleunigten Proben ist es vorteilhaft, die Spiegelflächen am Einspannkopf auszu­formen.In the case of rapidly accelerated samples in particular, it is advantageous to shape the mirror surfaces on the clamping head.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­nung dargestellt und werden in der Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the description.

Es zeigen:

  • Fig. 1: einen an der Quertraverse einer Prüf­maschine angeordneten Einspannkopf für eine Materialprobe,
  • Fig. 2: eine Probeneinspannvorrichtung mit zwei Einspannköpfen in schematischer Darstellung.
Show it:
  • 1: a clamping head arranged on the crossbar of a testing machine for a material sample,
  • Fig. 2: a sample clamping device with two clamping heads in a schematic representation.

In Fig. 1 ist die Quertraverse 1 der nicht dargestell­ten Prüfmaschine schematisch angedeutet. Gegen die Quertraverse 1 ist eine leichte Kraftmeßeinrichtung bzw. ein Kraftaufnehmer 2, der z. B. als piezo-elektri­scher Meßring ausgebildet sein kann, mit Hilfe einer Grundplatte 3 verspannt. Die Verspannung des Kraftauf­nehmers 2 wird so gewählt, daß an der Einspannvorrich­tung sowohl Druckkräfte als auch Zugkräfte übertragen werden können. Die Verspannung kann z. B. über eine mittig angeordnete Spannschraube 3′erfolgen. Die Grund­platte 3 ist an ihrer Unterseite an die Aufnahme des Kraftaufnehmers 2 angepaßt und damit Bestandteil des Aufnehmers.In Fig. 1, the crossbar 1 of the testing machine, not shown, is indicated schematically. Against the crossbar 1 is a light force measuring device or a force transducer 2, the z. B. can be designed as a piezoelectric measuring ring, clamped with the aid of a base plate 3. The bracing of the force transducer 2 is selected so that both compressive forces and tensile forces can be transmitted to the clamping device. The bracing can e.g. B. via a centrally located clamping screw 3 '. The base plate 3 is on its underside to accommodate the Force transducer 2 adapted and thus part of the transducer.

Auf ihrer Oberseite trägt die Grundplatte 3 die eigent­liche Spann- oder Klemmvorrichtung zur Aufnahme einer Probe 4. Das Einspannen oder Klemmen der Probe 4 er­folgt durch die Keil- oder Spannbacken 5, die über das Spannjoch 6 mit Hilfe der Schrauben 7 betätigt werden. Hierbei werden die keilförmig ausgebildeten Spannbacken durch das ebenfalls mit Keilflächen versehene Spann­joch 6 gegeneinander gedrückt und klemmen dadurch die Probe 4 fest.On its upper side, the base plate 3 carries the actual clamping or clamping device for receiving a sample 4. The clamping or clamping of the sample 4 takes place by means of the wedge or clamping jaws 5, which are actuated via the clamping yoke 6 with the aid of the screws 7. Here, the wedge-shaped clamping jaws are pressed against each other by the clamping yoke 6, which is also provided with wedge surfaces, and thereby clamp the sample 4 firmly.

Auf der Grundplatte 3, oder wie im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, auf dem Spannjoch 6 ist eine Spiegelfläche 8 angeordnet, die zur Wegmes­sung an der Einspannvorrichtung dient. Ein durch eine Lichtquelle 9, insbesondere eine Laser-Lichtquelle er­zeugter Lichtstrahl 10 wird auf die Spiegelfläche 8 und von hier auf einen Positionsdetektor 11 gelenkt. Der Detektor ist als photo-elektrischer Positionsdetektor ausgebildet, der es ermöglicht, die Lage eines Licht­punktes auf dem Detektor exakt zu erfassen. Hierbei wandelt der Positionsdetektor Lichtpunkte in positions­abhängige Photoströme um, die in einer elektronischen Auswerteeinrichtung 12 als positionsproportionale Span­nungen ausgewertet werden. Bewegungen der Spiegelfläche 8 erzeugen einen wandernden Lichtpunkt, dessen jeweili­ge Lage erfaßt und ausgewertet wird. Die Bewegungen des Lichtpunktes stellen ein Maß für die Bewegungen der Spiegelfläche und damit auch für Bewegungen an der Pro­be dar. Mit der Anordnung können insbesondere genaue Wegmessungen bei schnellen Prüfabläufen durchgeführt werden.On the base plate 3, or as shown in the exemplary embodiment in FIG. 1 of the drawing, on the clamping yoke 6 a mirror surface 8 is arranged, which is used for measuring the distance on the clamping device. A light beam 10 generated by a light source 9, in particular a laser light source, is directed onto the mirror surface 8 and from here onto a position detector 11. The detector is designed as a photo-electric position detector, which makes it possible to exactly detect the position of a light spot on the detector. Here, the position detector converts light points into position-dependent photocurrents, which are evaluated in an electronic evaluation device 12 as position-proportional voltages. Movements of the mirror surface 8 produce a moving point of light, the respective position of which is detected and evaluated. The movements of the light point represent a measure of the movements of the mirror surface and thus also of movements on the sample. In particular, the arrangement enables precise path measurements to be carried out with fast test sequences.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Probeneinspannvorrich­tung ist die zu untersuchende Probe 4 (Flachprobe, Rundprobe) in zwei Einspannköpfen einer nicht näher dargstellten Prüfmaschine eingespannt. Jeder der Ein­spannköpfe weist Spannbacken 5 bzw. 5′ zum Einspannen der Probe 4 auf. Bei Kraftbeaufschlagungen der Probe 4 über die Einspannköpfe stellt sich eine Verformung der Probe 4 ein, die lichtoptisch ermittelt wird. Einer der Einspannköpfe ist prinzipiell wie der Einspannkopf mit Kraftmeßeinrichtung 2 nach Fig. 1 ausgebildet.In the sample clamping device shown in FIG. 2, the sample 4 to be examined (flat sample, Round specimen) in two clamping heads of a testing machine, not shown in detail. Each of the clamping heads has clamping jaws 5 and 5 'for clamping the sample 4. When force is exerted on the specimen 4 via the clamping heads, a deformation of the specimen 4 occurs, which is determined optically. In principle, one of the clamping heads is designed like the clamping head with force measuring device 2 according to FIG. 1.

Der Lichtstrahl 10 einer punktförmigen Lichtquelle 9 wird auf eine Spiegelfläche des in Fig. 1 oberen Ein­spannkopfes, im Beispiel auf die Spiegelfläche 8′ der Spannbacke 5′ gerichtet. Die Spiegelfläche kann an der Spannbacke ausgeformt und durch entsprechende Bearbei­tung wie z. B. Schleifen und Polieren hergestellt sein. Es kann jedoch auch ein separates Spiegelelement an der Spannbacke durch z. B. Kleben befestigt sein.The light beam 10 of a point light source 9 is directed onto a mirror surface of the upper clamping head in FIG. 1, in the example onto the mirror surface 8 'of the clamping jaw 5'. The mirror surface can be formed on the jaw and by appropriate processing such. B. grinding and polishing. However, it can also be a separate mirror element on the jaw by z. B. be attached.

An der Spiegelfläche 8′ wird der Lichtstrahl 10 umge­lenkt und läuft parallel zur Längsachse X-X der Probe 4 bzw. der Kraftübertragungsachse in Richtung auf die Spannbacke 5 des unteren Einspannkopfes. Der Licht­strahl 10 trifft auf die Spiegelfläche 8 an der Spann­backe 5 dieses Einspannkopfes und wird dort in Richtung auf den Positionsdetektor 11 umgelenkt. Der der Licht­quelle 9 zugeordnete obere Einspannkopf kann als bei der Verformung der Probe 4 feststehender oder als bei der Verformung der Probe 4 sich entsprechend bewegender Einspannkopf vorgesehen sein; im ersten Fall bewegt sich dann der untere Einspannkopf entsprechend der Pro­benverformung, im zweiten Fall ist der untere Einspann­kopf feststehend angeordnet. Der im dargestellten Bei­spiel bei einer Probenverformung feststehende obere Einspannkopf und die Lichtquelle 9 können vorteilhaft an der Quertraverse einer Prüfmaschine angeordnet sein. Dabei kann die Lichtquelle 9 mit dem Einspannkopf ver­bunden sein.At the mirror surface 8 ', the light beam 10 is deflected and runs parallel to the longitudinal axis XX of the sample 4 or the power transmission axis in the direction of the clamping jaw 5 of the lower clamping head. The light beam 10 strikes the mirror surface 8 on the clamping jaw 5 of this clamping head and is deflected there in the direction of the position detector 11. The upper clamping head assigned to the light source 9 can be provided as a fixed clamping head when the sample 4 is deformed or as a correspondingly moving clamping head when the sample 4 is deformed; in the first case the lower clamping head then moves in accordance with the sample deformation, in the second case the lower clamping head is fixed. The upper clamping head, which is fixed in the example shown when a sample is deformed, and the light source 9 can advantageously be arranged on the crossbar of a testing machine. The light source 9 can be connected to the clamping head.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verläuft die Rich­tung des aus der Lichtquelle 9 austretenden Strahls 10 orthogonal zu der durch die Längsachse X-X der Probe 4 bzw. die Kraftübertragungsachse definierten Richtung. Die im Ausführungsbeispiel als Spiegelebenen ausgebil­deten Spiegelflächen der beiden Spiegel sind unter 45° zur Längsachse, einander zugewandt und zueinander pa­rallel angeordnet. Die Abschnitte des Lichtstrahls 10 zwischen Lichtquelle 9 und Spiegelfläche 8′, zwischen den beiden Spiegelflächen 8′ und 8 und zwischen der Spiegelfläche 8 und dem Positionsdetektor 11 liegen alle in einer gemeinsamen Ebene, zu der die Spiegel­ebenen orthogonal angeordnet sind. Die Lichtquelle 9 liegt auf einer Seite der Längsachse X-X, während der Positionsdetektor 11 auf der anderen Seite der Längs­achse X-X angeordnet ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the direction of the beam 10 emerging from the light source 9 runs orthogonally to the direction defined by the longitudinal axis X-X of the sample 4 or the force transmission axis. The mirror surfaces of the two mirrors, which are designed as mirror planes in the exemplary embodiment, face one another at 45 ° to the longitudinal axis and are arranged parallel to one another. The sections of the light beam 10 between the light source 9 and mirror surface 8 ', between the two mirror surfaces 8' and 8 and between the mirror surface 8 and the position detector 11 are all in a common plane to which the mirror planes are arranged orthogonally. The light source 9 lies on one side of the longitudinal axis X-X, while the position detector 11 is arranged on the other side of the longitudinal axis X-X.

Im dargestellten Beispiel ergibt sich bei einer Längen­änderung Δ s der Probe 4 eine Strahlablenkung, die im Detektor 11 abgebildet und in der Auswerteelektronik 12 ermittelt und z. B. angezeigt wird.In the example shown, with a change in length Δ s of the sample 4, a beam deflection results, which is imaged in the detector 11 and determined in the evaluation electronics 12 and z. B. is displayed.

Es können sowohl analog als auch digital arbeitende De­tektoren verwendet werden.Both analog and digital detectors can be used.

Wie sich aus der Darstellung in Fig. 2 leicht erkennen läßt, führen Absolutbewegungen der Prüfmaschine in ver­tikaler Richtung, d. h. Bewegungen der skizzierten An­ordnung nach oben oder unten, die von der Probe 4 und den Spiegelflächen 8, 8′ mitgemacht werden, nicht zu Beeinträchtigungen des Meßergebnisses, da die Absolut­bewegungen vollständig kompensiert werden. Werden beide Spiegel beispielsweise in belastungsfreiem Zustand in gleicher vertikaler Richtung um jeweils den gleichen Weg verschoben, so ändert sich der Auftreffort des Lichtstrahls 10 auf dem Positionsdetektor 11 auch dann nicht, wenn Lichtquelle 9 und Positionsdetektor 11 die Absolutbewegungen nicht mitmachen.As can be easily seen from the illustration in Fig. 2, absolute movements of the testing machine in the vertical direction, that is, movements of the sketched arrangement up or down, which are made by the sample 4 and the mirror surfaces 8, 8 ', do not impair the Measurement result, since the absolute movements are completely compensated. If both mirrors are shifted in the same vertical direction in the same vertical direction, for example in the load-free state, the impact point of the light beam 10 on the position detector 11 also changes not if the light source 9 and position detector 11 do not participate in the absolute movements.

Die erfindungsgemäße Probeneinspannvorrichtung, insbe­sondere in der Ausgestaltung nach Fig. 2 ist besonders geeignet zur Messung der Probenverformung und/oder Ver­formungsgeschwindigkeit bei Schnellzerreißmaschinen. Bei solchen Maschinen ist die Messung unmittelbar an der Probe äußerst aufwendig. Mit der erfindungsgemäßen Probeneinspannvorrichtung kann die in die Probe einge­leitete Verformung sowie die Verformungsgeschwindigkeit bei Prüfabläufen mit hohen Geschwindigkeiten ermittelt werden. Mit der Anordnung lassen sich statische und/­oder dynamische Verformungen durch Zug- oder Druckkräf­te sowie Verformungen infolge von Drehmomenten und Bie­gemomenten erfassen, wobei die Verformungen im Mikrome­terbereich liegen können. Es können auch Rißaufweitun­gen gemessen werden.The sample clamping device according to the invention, in particular in the embodiment according to FIG. 2, is particularly suitable for measuring the sample deformation and / or rate of deformation in high-speed tearing machines. With such machines, the measurement directly on the sample is extremely complex. With the sample clamping device according to the invention, the deformation introduced into the sample and the rate of deformation during test sequences can be determined at high speeds. With the arrangement, static and / or dynamic deformations due to tensile or compressive forces as well as deformations due to torques and bending moments can be detected, the deformations being able to be in the micrometer range. Crack widening can also be measured.

Es ist zweckmäßig, digital arbeitende Positionsdetekto­ren zu verwenden, da mit solchen Detektoren die Unter­drückung von Streulichteinflüssen mit elektronischen Mitteln leicht möglich ist. Der Positionsdetektor 11 kann als ein- achsiger oder zweiachsiger Detektor aus­gebildet sein, d. h. er kann Lichtpunktverschiebungen in einer oder zwei Achsen erfassen. Hierbei können Ver­formungen bzw. Abstände im Mikrometerbereich gemessen werden.It is expedient to use digitally working position detectors, since such detectors can easily suppress the effects of stray light using electronic means. The position detector 11 can be designed as a uniaxial or biaxial detector, i. H. it can detect light point shifts in one or two axes. Deformations or distances in the micrometer range can be measured.

Claims (10)

1. Probeneinspannvorrichtung für Prüfmaschinen, insbe­sondere für Schnellzerreißversuche, mit einem Ein­spannkopf und einer am Einspannkopf angeordneten Kraftmeßeinrichtung, die mit einem festen oder be­weglichen Teil der Prüfmaschine verbunden ist, da­durch gekennzeichnet, daß der Einspannkopf eine Grundplatte (3) für die Einspannelemente aufweist, daß die eine Seite der Grundplatte (3) für die Aufnahme der Einspannelemente und die andere Seite für den Anbau der Kraftmeßeinrichtung (2) ausge­bildet ist, daß die Kraftmeßeinrichtung (2) mit der Grundplatte (3) gegen eine Quertraverse (1), eine Tischplatte oder dergl. als Gegenlager an der Prüfmaschine verspannt ist und daß an der Grund­platte (3) oder an anderen geeigneten Flächen des Einspannkopfes eine Spiegelfläche (8) angeordnet ist, über die ein von einer Lichtquelle (9) er­zeugter Lichtstrahl (10) zum Zweck der Verfor­mungsmessung auf einen Positionsdetektor (11) ge­lenkt wird, der mit einer Auswerteelektronik (12) verbunden ist.1. Sample clamping device for testing machines, in particular for rapid tensile tests, with a clamping head and a force measuring device arranged on the clamping head, which is connected to a fixed or movable part of the testing machine, characterized in that the clamping head has a base plate (3) for the clamping elements that the one side of the base plate (3) for receiving the clamping elements and the other side for the attachment of the force measuring device (2) is designed so that the force measuring device (2) with the base plate (3) against a crossbar (1), a table top or the like is clamped as a counter bearing on the testing machine and that a mirror surface (8) is arranged on the base plate (3) or on other suitable surfaces of the clamping head, via which a light beam (10) generated by a light source (9) for the purpose of measuring the deformation a position detector (11) is steered, which is connected to evaluation electronics (12). 2. Probeneinspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtung (2) aus einem in Wirkungsrichtung der zu messenden Kraft steifen piezo-elektrischen Meßring besteht.2. Sample clamping device according to claim 1, characterized in that the force measuring device (2) consists of a stiff in the direction of action of the force to be measured piezoelectric measuring ring. 3. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß ein weiterer Einspannkopf mit einer Spie­gelfläche (8′) vorgesehen ist, daß die Spiegelflä­chen (8, 8′) unter einem Winkel zur Längsachse der Probe (4) bzw. zur Kraftübertragungsachse und zu­einander parallel angeordnet sind, und daß der Lichtstrahl (10) der Lichtquelle (9) von der an dem einen Einspannkopf angeordneten Spiegelfläche (8 oder 8′) im wesentlichen parallel zur Längs­achse (X-X) bzw. zur Kraftübertragungsachse auf die an dem anderen Einspannkopf angeordnete Spie­gelfläche (8′ oder 8) und von dort auf den Posi­tionsdetektor (11) fällt.3. Sample clamping device according to one or both of the preceding claims, characterized in that a further clamping head with a mirror surface (8 ') is provided that the mirror surfaces (8, 8') at an angle to the longitudinal axis of the sample (4) or Power transmission axis and are arranged parallel to each other, and that the light beam (10) of the light source (9) from the the one clamping head arranged mirror surface (8 or 8 ') substantially parallel to the longitudinal axis (XX) or to the power transmission axis on the arranged on the other clamping head mirror surface (8' or 8) and from there to the position detector (11). 4. Probeneinspannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (9) mit Ihrer Strahlachse im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse (X-X) bzw. Kraftübertragungsachse und in einer rechtwinklig zu den Spiegelflächen (8, 8′) verlaufenden Ebene angeordnet ist, wobei die Spiegelflächen (8, 8′) unter einem Winkel von 45° zur Längsachse bzw. Kraftübertragungsachse ange­ordnet sind.4. Sample clamping device according to claim 3, characterized in that the light source (9) is arranged with its beam axis substantially at right angles to the longitudinal axis (XX) or power transmission axis and in a plane perpendicular to the mirror surfaces (8, 8 '), the Mirror surfaces (8, 8 ') are arranged at an angle of 45 ° to the longitudinal axis or power transmission axis. 5. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die Spiegelfläche (8, 8′) am Einspannkopf ausgeformt ist.5. Sample clamping device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the mirror surface (8, 8 ') is formed on the clamping head. 6. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß beide Einspannköpfe an den Enden der Pro­be (4) angeordnet sind.6. Sample clamping device according to one or more of the preceding claims, characterized in that both clamping heads are arranged at the ends of the sample (4). 7. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Messung von Dehnungen, Biegun­gen, Rißaufweitungen und von schnellen Bewegungs­abläufen bei Proben oder zur gleichzeitigen Mes­sung von mehreren der genannten Verformungsarten.7. Sample clamping device according to one or more of the preceding claims, characterized by the use for measuring expansions, bends, widening of cracks and rapid movements in samples or for simultaneous measurement of several of the types of deformation mentioned. 8. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Positionsdetektor (11) als analog oder digital arbeitender Detektor ausgebildet ist.8. Sample clamping device according to one or more of the preceding claims, characterized net that the position detector (11) is designed as an analog or digital detector. 9. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß der Positionsdetektor als ein- oder zwei­achsiger Detektor ausgebildet ist.9. Sample clamping device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the position detector is designed as a one- or two-axis detector. 10. Probeneinspannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­net, daß die Lichtquelle (9) eine punktförmige Lichtquelle, insbesondere eine Laser-Lichtquelle, ist.10. Sample clamping device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the light source (9) is a point light source, in particular a laser light source.
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